(57)【要約】【課題】所望のセンサ出力特性を得ることができ、かつ加工効率に優れた積層型ガスセンサ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための積層型ガスセンサ素子を製造する方法。被測定ガス側電極２２と基準ガス側電極２３とを固体電解質体２１の両面に対向して配設してなるセンサセル２に、多孔質拡散抵抗層３を、被測定ガス側電極２２を覆うように積層すると共に、多孔質拡散抵抗層３とセンサセル２との間には被測定ガス室１１を形成する。次いで、多孔質拡散抵抗層３を研削してセンサ出力特性を調整する。多孔質拡散抵抗層３の研削は、研削加工点の摩擦を抑制するための研削液５を多孔質拡散抵抗層３に浸透させた後に行う。研削液５は、少なくとも多孔質拡散抵抗層３のうち研削すべき部分には浸透し、かつ被測定ガス室１１に達しないように、浸透圧を調整しておく。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための積層型ガスセンサ素子を製造する方法において、
上記被測定ガスに曝される被測定ガス側電極と、基準ガスに曝される基準ガス側電極とを、固体電解質体の両面に対向して配設してなるセンサセルに、多孔質拡散抵抗層を、上記被測定ガス側電極を覆うように積層すると共に、上記多孔質拡散抵抗層と上記センサセルとの間には、上記被測定ガスを導入する被測定ガス室を形成し、次いで、上記多孔質拡散抵抗層を研削してセンサ出力特性を調整するに当たり、
該多孔質拡散抵抗層の研削は、研削加工点の摩擦を抑制するための研削液を上記多孔質拡散抵抗層に浸透させた後に行い、
また、上記研削液は、少なくとも上記多孔質拡散抵抗層のうち研削すべき部分には浸透し、かつ上記被測定ガス室に達しないように、浸透圧を調整しておくことを特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記多孔質拡散抵抗層は、上記センサセルと反対側の面に、ガス不透過性の緻密体からなる遮蔽層を積層被覆してあることを特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記研削液は、油分と溶剤と界面活性剤とからなり、上記溶剤の混合比を調整することにより、上記浸透圧を調整することを特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための積層型ガスセンサ素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排ガス中の酸素濃度等を検出する積層型ガスセンサ素子がある。該積層型ガスセンサ素子は、被測定ガス（排ガス）に曝される被測定ガス側電極と、基準ガスに曝される基準ガス側電極とを、固体電解質体の両面に対向して配設してなるセンサセルに、多孔質拡散抵抗層を、被測定ガス側電極を覆うように積層してなる。そして、上記多孔質拡散抵抗層と上記センサセルとの間には、上記被測定ガスを導入する被測定ガス室が形成されている。
【０００３】
上記ガスセンサ素子のセンサ出力特性を調整するに当っては、上記多孔質拡散抵抗層を研削する。これにより、被測定ガスが多孔質拡散抵抗層を通って被測定ガス室に導入される際の拡散抵抗を調整して、所望のセンサ出力特性を示すガスセンサ素子を得る。
上記多孔質拡散抵抗層を研削するに当っては、研削液を用いないいわゆるドライ加工を行っている。しかし、多孔質拡散抵抗層は、脆性材料であるセラミックからなり、加工速度を上げると欠損が生じやすくなるおそれがある。そのため、加工速度を小さくする必要があり、生産効率の向上が困難であるという問題がある。
【０００４】
また、セラミックの加工方法として、研削加工点の摩擦を抑制する研削液を用いることにより高速加工を可能とする技術が開示されている（特許文献１参照）。この加工方法を上記多孔質拡散抵抗層の研削に用いることにより、高速加工を実現することが考えられる。
しかし、研削液が被測定ガス室まで浸入すると、被測定ガス室に残存した研削液中の油分がガスセンサ素子の使用時に燃焼して、被測定ガス室における酸素濃度が低下する。これにより、センサ出力特性を変化させ、所望のセンサ出力特性を得ることが困難となるおそれがある。
【０００５】
また、上記加工方法においては、研削液を加工点に供給しながら研削を行う必要があるが、実際には、工具やワークの一部が供給経路上の障害となり、加工点に充分な研削液を供給することが困難となるおそれがある。また、加工点に研削液を充分に供給するためには、どうしてもその周辺にも研削液を過剰に供給することが必要となる。それ故、加工後に、研削液を回収する必要があると共に、多孔質拡散抵抗層の脱脂を行う必要がある。
更に、研削加工は、例えばレーザ測長器を用いて研削量を測定しながら行うが、このとき、加工点に供給される研削液が飛散してレーザ測長器に付着し、研削量の測定が不能となるおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１０９３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、所望のセンサ出力特性を得ることができ、かつ加工効率に優れた積層型ガスセンサ素子の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための積層型ガスセンサ素子を製造する方法において、
上記被測定ガスに曝される被測定ガス側電極と、基準ガスに曝される基準ガス側電極とを、固体電解質体の両面に対向して配設してなるセンサセルに、多孔質拡散抵抗層を、上記被測定ガス側電極を覆うように積層すると共に、上記多孔質拡散抵抗層と上記センサセルとの間には、上記被測定ガスを導入する被測定ガス室を形成し、次いで、上記多孔質拡散抵抗層を研削してセンサ出力特性を調整するに当たり、
該多孔質拡散抵抗層の研削は、研削加工点の摩擦を抑制するための研削液を上記多孔質拡散抵抗層に浸透させた後に行い、
また、上記研削液は、少なくとも上記多孔質拡散抵抗層のうち研削すべき部分には浸透し、かつ上記被測定ガス室に達しないように、浸透圧を調整しておくことを特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造方法にある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記多孔質拡散抵抗層の研削は、上記研削液を多孔質拡散抵抗層に浸透させた後に行う。そのため、研削加工点における摩擦を低減することにより、多孔質拡散抵抗層に欠損を生じさせることなく高速加工を行うことができる。
また、多孔質拡散抵抗層への研削液の浸透は、研削加工前に行うため、研削液を加工点に供給しながら研削を行う必要はない。それ故、研削加工の際には、研削液を用いないいわゆるドライ加工と同様の利点が得られる。
【００１０】
即ち、工具やワークの一部が研削液の供給経路上の障害となるということはなく、また、研削液を過剰に供給する必要もない。従って、研削加工が容易であると共に、加工後に研削液を回収する必要もなく、多孔質拡散抵抗層の脱脂を行う必要も特にない。
更に、研削液が飛び散ることもないため、例えば研削量を測定するレーザ測長器等の計器を用いながら研削を行うことも容易となる。
【００１１】
また、上記研削液は、少なくとも上記多孔質拡散抵抗層のうち研削すべき部分には浸透するよう浸透圧を調整しておく。これにより、研削工程の全工程を高速加工にて行うことができる。
その一方で、上記研削液は、上記被測定ガス室に達しないように、浸透圧を調整しておく。これにより、研削液が被測定ガス室に浸入し、残存することを防ぎ、研削液がセンサ出力特性に影響を与えることを防ぐことができる。
【００１２】
それ故、研削液が被測定ガス室に達することを防ぐことで、所望のセンサ出力特性を正確に得ることができる。
また、浸透圧を制御することにより、研削液の多孔質拡散抵抗層への浸透距離を調整するため、高い再現性で容易に浸透距離を調整することができる。即ち、研削液を多孔質拡散抵抗層の周囲から浸透させる際には、その内側の空気による内圧が徐々に高くなることとなる。この内圧と浸透圧とが平衡したとき、研削液の浸透が止まる。この平衡状態となるときの浸透距離である飽和浸透距離は、浸透圧によって変化させることができる。そのため、研削液の浸透圧を調整することにより、所望の浸透距離を容易かつ確実に得ることができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、所望のセンサ出力特性を得ることができ、かつ加工効率に優れた積層型ガスセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明（請求項１）において、上記積層型ガスセンサ素子としては、例えば、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサに内蔵する空燃比センサ素子、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ素子、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ素子等がある。
【００１５】
また、上記多孔質拡散抵抗層は、上記センサセルと反対側の面に、ガス不透過性の緻密体からなる遮蔽層を積層被覆してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記多孔質拡散抵抗層は、上記固体電解質体と上記遮蔽層との間に配されることとなる。それ故、多孔質拡散抵抗層の側端部から研削液を浸透させることとなり、研削液の入口及び浸透経路を狭くすることができる。これにより、被測定ガス室側の空気による内圧と研削液の浸透圧との平衡による飽和浸透距離を、容易に調整することができる。
【００１６】
また、上記研削液は、油分と溶剤と界面活性剤とからなり、上記溶剤の混合比を調整することにより、上記浸透圧を調整することが好ましい（請求項３）。
この場合には、浸透圧の調整を容易に行うことができる。
上記油分としては、例えば、植物脂肪酸エステル、芳香族カルボン酸エステル等のエステル化合物を用いることができる。また、上記溶剤としては、例えば、脂肪族炭化水素等の炭化水素系溶剤を用いることができる。上記界面活性剤としては、例えば、天然アルコール系界面活性剤、アルキルエーテル系界面活性剤等の非イオン系界面活性剤を用いることができる。
また、上記研削液において、上記油分の配合率は、例えば２０〜３０重量％、上記溶剤の配合率は、例えば５５〜６５重量％、上記界面活性剤の配合率は、例えば１０〜２０重量％とすることができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる積層型ガスセンサ素子の製造方法につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の積層型ガスセンサ素子１は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための素子である。
【００１８】
この積層型ガスセンサ素子１を製造するに当っては、図１に示すごとく、上記被測定ガスに曝される被測定ガス側電極２２と、基準ガスに曝される基準ガス側電極２３とを、固体電解質体２１の両面に対向して配設してなるセンサセル２に、多孔質拡散抵抗層３を、上記被測定ガス側電極２２を覆うように積層する。このとき、上記多孔質拡散抵抗層３と上記センサセル２との間には、上記被測定ガスを導入する被測定ガス室１１を形成する。
次いで、図３に示すごとく、上記多孔質拡散抵抗層３を研削してセンサ出力特性を調整する。
【００１９】
そして、該多孔質拡散抵抗層３の研削は、図２に示すごとく、研削加工点の摩擦を抑制するための研削液５を上記多孔質拡散抵抗層３に浸透させた後に行う。
また、上記研削液５は、少なくとも上記多孔質拡散抵抗層３のうち研削すべき部分には浸透し、かつ上記被測定ガス室１１に達しないように、浸透圧を調整しておく。
【００２０】
上記多孔質拡散抵抗層３は、センサセル２と反対側の面に、ガス不透過性の緻密体からなる遮蔽層４を積層被覆してある。
また、多孔質拡散抵抗層３は、固体電解質体２１の表面にスペーサ層１２を介して接合されている。これにより、上記被測定ガス室１１を形成している。なお、上記スペーサ層１２及び固体電解質２１も緻密体からなり、多孔質拡散抵抗層３は、その側端面３１を除いて、緻密体によって外部から遮蔽された状態となっている。
また、上記多孔質拡散抵抗層３は、例えば、気孔率２０〜４０％、平均細孔径０．０１〜１μｍの、アルミナを主成分とするセラミック多孔体を用いる。
【００２１】
また、センサセル２における基準ガス側電極２３を設けた面には、ガスセンサ素子１を加熱するためのセラミックヒータ１３が積層されている。そして、セラミックヒータ１３とセンサセル２との間には、基準ガス室１４が形成されている。なお、セラミックヒータ１３は、ヒータ基板１３１に発熱部１３２を形成してなる。
【００２２】
本例の積層型ガスセンサ素子１の製造に当っては、上述のごとく、セラミックヒータ１３、センサセル２、スペーサ層１２、多孔質拡散抵抗層３、遮蔽層４を、順次積層して積層体１０（図１）を得た後、多孔質拡散抵抗層３に研削液５を浸透させ、研削する。
研削液５の浸透は以下のように行う。即ち、上記積層体１０の側端面１０１に、研削液５を塗布することにより、図２、図４に示すごとく、多孔質拡散抵抗層３の側端面３１から研削液５を浸透させる。塗布した研削液５は、多孔質拡散抵抗層３の中央部分に向かって浸透を続ける。
【００２３】
このとき、内側の空気による内圧が徐々に高くなる。この内圧と浸透圧とが平衡したとき、図２、図４に示すごとく、研削液５の浸透が止まる。この平衡状態となるときの浸透距離である飽和浸透距離Ｌ３が、研削距離Ｌ１以上であり、かつ側端面３１から被測定ガス室１１までの距離Ｌ２以下となるように、研削液５の浸透圧を調整する。その調整方法として、研削液５における溶剤の混合比を調整する方法を採る。
【００２４】
即ち、上記研削液５は、油分と溶剤と界面活性剤とからなり、上記溶剤の混合比を調整することにより、上記浸透圧を調整する。
例えば、溶剤として脂肪酸炭化水素等の炭化水素系溶剤６０重量％、油分として植物脂肪酸エステル等のエステル化合物２５重量％、界面活性剤として天然アルコール系界面活性剤等の非イオン系界面活性剤１５重量％を配合する。
【００２５】
上記のごとく研削液５を多孔質拡散抵抗層３に浸透させた後、図４の矢印Ｋに示すごとく、積層体１０の遮蔽層４側の角部から、積層体１０の表面１０２に対して約４５°の角度をもって、図４の破線Ｍに示す所望の位置に達するまで研削加工を行う。研削加工は、例えばレーザー測長器を用いて研削距離を測長しながら行うことができる。なお、研削距離Ｌ１は、側端部３１から最も深く研削された部分の研削距離を採用する。
【００２６】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記多孔質拡散抵抗層３の研削は、上記研削液５を多孔質拡散抵抗層３に浸透させた後に行う。そのため、研削加工点における摩擦を低減することにより、多孔質拡散抵抗層３に欠損を生じさせることなく高速加工を行うことができる。
また、多孔質拡散抵抗層３への研削液５の浸透は、研削加工前に行うため、研削液を加工点に供給しながら研削を行う必要はない。それ故、研削加工の際には、研削液を用いないいわゆるドライ加工と同様の利点が得られる。
【００２７】
即ち、工具やワークの一部が研削液５の供給経路上の障害となるということはなく、また、研削液５を過剰に供給する必要もない。従って、研削加工が容易であると共に、加工後に研削液５を回収する必要もなく、多孔質拡散抵抗層３の脱脂を行う必要も特にない。
更に、研削液５が飛び散ることもないため、レーザ測長器等の計器を用いながら研削を行うことも容易となる。
【００２８】
また、上記研削液５は、図４に示すごとく、少なくとも上記多孔質拡散抵抗層３のうち研削すべき部分には浸透するよう浸透圧を調整しておく。これにより、研削工程の全工程を高速加工にて行うことができる。
その一方で、上記研削液５は、図４に示すごとく、上記被測定ガス室１１に達しないように、浸透圧を調整しておく。これにより、研削液５が被測定ガス室１１に浸入し、残存することを防ぎ、研削液５がセンサ出力特性に影響を与えることを防ぐことができる。即ち、例えば研削液５中の油分が被測定ガス室１１において燃焼することにより、被測定ガス室１１における酸素濃度が低下して、正確なセンサ出力を得られなくなるといった不具合を防ぐことができる。
【００２９】
それ故、研削液５が被測定ガス室１１に達することを防ぐことで、所望のセンサ出力特性を正確に得ることができる。
また、浸透圧を制御することにより、研削液５の多孔質拡散抵抗層３への浸透距離を調整するため、高い再現性で容易に浸透距離Ｌ３を調整することができる。即ち、研削液５を多孔質拡散抵抗層３の周囲（側端面３１）から浸透させる際には、その内側の空気による内圧が徐々に高くなることとなる。この内圧と浸透圧とが平衡したとき、研削液５の浸透が止まる。この平衡状態となるときの浸透距離である飽和浸透距離は、浸透圧によって変化させることができる。そのため、研削液５の浸透圧を調整することにより、所望の浸透距離Ｌ３を容易かつ確実に得ることができる。
そして、上記研削液５は溶剤の混合比を調整することにより、浸透圧の調整を容易に行うことができ、所望の浸透距離Ｌ３を容易に得ることができる。
【００３０】
また、上記多孔質拡散抵抗層３は、上記遮蔽層４を積層被覆してあるため、多孔質拡散抵抗層３は、固体電解質体２１と遮蔽層４との間に配されることとなる。それ故、多孔質拡散抵抗層３の側端部３１から研削液５を浸透させることとなり、研削液５の入口及び浸透経路を狭くすることができる。これにより、被測定ガス室１１側の空気による内圧と研削液５の浸透圧との平衡による飽和浸透距離を、容易に調整することができる。
【００３１】
また、上記研削液は、研削加工しない部分には、なるべく浸透しないことが好ましく、例えば、浸透距離Ｌ３と研削距離Ｌ１との差は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、多孔質拡散抵抗層３にも研削液５が極力残存しないようにして、一層正確なセンサ出力特性を実現することができる。
【００３２】
以上のごとく、本例によれば、所望のセンサ出力特性を得ることができ、かつ加工効率に優れた積層型ガスセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【００３３】
（実施例２）
本例は、図５、図６に示すごとく、研削液５における溶剤の濃度と、積層型ガスセンサ素子１における多孔質拡散抵抗層３への飽和浸透距離との関係を確認した例である。
本例において用いる積層型ガスセンサ素子１（積層体１０）は、基本的には実施例１に示した構成を有する。
【００３４】
そして、具体的には、多孔質拡散抵抗層３は、厚みが２４０μｍ、気孔率３０％、平均細孔径０．１μｍのセラミック多孔体である。また、多孔質拡散抵抗層３の側端面３１から被測定ガス室１１までの距離Ｌ２は１．５ｍｍである。また、被測定ガス室１１の幅ｗは１．６ｍｍ、厚みｔは３μｍである（図１、図４参照）。
また、所望する多孔質拡散層３の研削距離は０．９ｍｍであるものとする。
【００３５】
一方、溶剤としての脂肪酸炭化水素（炭化水素系溶剤）の配合率を、それぞれ４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、８０重量％とした研削液５を、それぞれ試料１、試料２、試料３、試料４、試料５として用意した。
また、各試料における油分としての植物脂肪酸エステル（エステル化合物）、及び界面活性剤としての天然アルコール系界面活性剤（非イオン系界面活性剤）の配合率は、表１に示す。
【００３６】
【表１】
2006047021.tif 000003
【００３７】
上記の各種組成の研削液５を、それぞれ３０個の積層体１０のサンプルにおける多孔質拡散抵抗層３に浸透させた。そして、多孔質拡散抵抗層３への研削液５の浸透距離の時間変化を測定した。代表例として、試料３についての測定結果を図５に示す。なお、この試験は２０℃の温度下において行った。
【００３８】
図５に示すごとく、研削液５は、約１５秒の間に大きく浸透すると共に、その後徐々に浸透し、浸透距離１．１４ｍｍ前後で浸透が止まる。このときの浸透距離が飽和浸透距離Ｌ３となる。
この飽和浸透距離Ｌ３を、各試料について測定した。そして、研削液５における溶剤の濃度と飽和浸透距離Ｌ３との関係を、図６にまとめた。
図６から分かるように、溶剤（炭化水素系溶剤）の濃度が高くなるほど、飽和浸透距離Ｌ３が大きくなる。
【００３９】
そして、本例の積層型ガスセンサ素子１（積層体１０）において、所望する研削距離が０．９ｍｍであり、側端面３１から被測定ガス室１１までの距離Ｌ２が１．４ｍｍであるため、研削液５の浸透距離Ｌ３は、０．９〜１．４ｍｍとする必要がある。
図６から、この条件を満たす研削液５における溶剤の濃度は４９〜６１重量％であり、試料２、３、４がこれに該当する。
【００４０】
また、図６から分かるように、仮に、例えば研削距離を０．５ｍｍ程度とする場合には、溶剤の濃度は４０重量％としてもよく、また、例えば研削距離を１．２ｍｍ程度とする場合には、溶剤の濃度を７０重量％以上とする必要がある。
また、仮に、側端面３１から被測定ガス室１１までの距離Ｌ２が１．０ｍｍ程度である場合には、溶剤の濃度を５０重量％以下とする必要がある。
【００４１】
このように、種々の条件に応じて、研削液５における溶剤の濃度を調整することにより、飽和浸透距離を制御して、加工効率よく、所望のセンサ出力特性を有する積層型ガスセンサ素子を製造することができる。
【００４２】
なお、本例の溶剤の濃度と飽和浸透距離との関係は、本例の積層型ガスセンサ素子１（積層体１０）についてのものである。即ち、積層型ガスセンサ素子（積層体）の形状、大きさ、材質等、種々の条件によって、溶剤の濃度と飽和浸透距離との関係は変化する。一方、特定の条件の積層型ガスセンサ素子（積層体）については、溶剤の濃度と飽和浸透距離との関係が特定される。そこで、各積層型ガスセンサ素子（積層体）について、溶剤の濃度と飽和浸透距離との関係を予め求めておくことにより、上記のごとく、所望の浸透距離を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１における、積層体の断面図。
【図２】実施例１における、研削液を浸透させた状態の積層体の断面図。
【図３】実施例１における、研削加工後の積層型ガスセンサ素子の断面図。
【図４】実施例１における、研削液の浸透距離の説明図。
【図５】実施例２における、研削液の浸透距離の時間変化を表す線図。
【図６】実施例２における、研削液中の溶剤の濃度と研削液の飽和浸透距離との関係を表す線図。
【符号の説明】
【００４４】
１  積層型ガスセンサ素子
１０  積層体
１１  被測定ガス室
１３  セラミックヒータ
２  センサセル
２１  固体電解質体
２２  被測定ガス側電極
２３  基準ガス側電極
３  多孔質拡散抵抗層
３１  側端面
４  遮蔽層
５  研削液
【図１】
2006047021.tif 000004
【図２】
2006047021.tif 000005
【図３】
2006047021.tif 000006
【図４】
2006047021.tif 000007
【図５】
2006047021.tif 000008
【図６】
2006047021.tif 000009